(57)【要約】  移動体制御装置は、移動体の車輪を駆動するモータを制御して、移動体の倒立制御を行う。また、移動体制御装置は、移動体の状態量を検出する状態量検出手段と、状態量検出手段により検出された移動体の状態量に基づいて、移動体を動作させる場合に必要となるモータ出力を示す要求出力推定値を推定する要求出力推定手段と、状態量検出手段により検出された移動体の状態量に基づいて、モータ出力が飽和したときの限界出力を推定する限界出力推定手段と、要求出力推定手段により推定された要求出力推定値が限界出力推定手段により推定された限界出力推定値を超えると判断したとき、要求出力推定値が限界出力推定値以内となるように指令値を調整する調整指令演算手段と、調整指令演算手段により調整された指令値に基づいて、移動体のモータを制御する制御手段と、を備える。
2011125119.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
移動体の車輪を駆動するモータを制御して、前記移動体の倒立制御を行う移動体制御装置であって、
前記移動体の状態量を検出する状態量検出手段と、
前記状態量検出手段により検出された前記移動体の状態量に基づいて、該移動体を動作させる場合に必要となるモータ出力を示す要求出力推定値を推定する要求出力推定手段と、
前記状態量検出手段により検出された前記移動体の状態量に基づいて、モータ出力が飽和したときの限界出力を推定する限界出力推定手段と、
前記要求出力推定手段により推定された前記要求出力推定値が前記限界出力推定手段により推定された前記限界出力推定値を超えると判断したとき、前記要求出力推定値が前記限界出力推定値以内となるように指令値を調整する調整指令演算手段と、
前記調整指令演算手段により調整された前記指令値に基づいて、前記移動体のモータを制御する制御手段と、を備える、ことを特徴とする移動体制御装置。
【請求項２】
請求項１記載の移動体制御装置であって、
前記状態量検出手段は、前記移動体の傾斜を示す負荷角度を検出しており、
前記移動体の走行指示を示す負荷角度指令が入力される指令入力手段を更に備え、
前記制御手段は、前記状態量検出手段により検出された前記負荷角度が前記指令入力手段により入力された前記負荷角度指令に追従するように、前記移動体を制御する、ことを特徴とする移動体制御装置。
【請求項３】
請求項１又は２記載の移動体制御装置であって、
前記限界出力推定手段は、前記制御手段からの前記モータのトルク指令と前記状態量検出手段からの前記状態量とに基づいて、前記モータが消費している出力を演算し、該演算値が飽和したとき、該演算値を前記限界出力推定値として推定する、ことを特徴とする移動体制御装置。
【請求項４】
請求項２又は３記載の移動体制御装置であって、
前記要求出力推定手段は、前記状態量検出手段からの前記状態量に基づいて、前記指令入力手段により入力された前記負荷角度指令に従って前記移動体を動作させる場合に必要となる前記要求出力推定値を、前記負荷角度指令の多項式として算出する、ことを特徴とする移動体制御装置。
【請求項５】
請求項２乃至４のうちいずれか１項記載の移動体制御装置であって、
前記状態量検出手段からの前記状態量に基づいて、前記要求出力推定値の１階微分値を前記負荷角度指令の多項式として算出する要求出力１階微分推定手段と、
前記状態量検出手段からの前記状態量に基づいて、前記要求出力推定値の１階微分値を判別するための判別式演算値を算出する判別式演算手段と、を更に備える、ことを特徴とする移動体制御装置。
【請求項６】
請求項５記載の移動体制御装置であって、
前記調整指令演算手段は、前記指令入力手段からの前記負荷角度指令に基づいた前記要求出力推定値が前記限界出力推定値を超えると判断したとき、前記要求出力１階微分推定手段からの前記要求出力推定値の１階微分値の符号と、前記判別式演算手段からの前記判別式演算値と、に基づいて、前記要求出力推定値が前記限界出力推定値以内となるように前記負荷角度指令を調整した前記調整負荷角度指令を算出し、
前記制御手段は、前記調整された前記調整負荷角度指令に前記移動体の負荷角度が追従するように倒立制御を行う、ことを特徴とする移動体制御装置。
【請求項７】
請求項６記載の移動体制御装置であって、
前記調整指令演算手段は、
（ａ）前記要求出力推定値が前記限界出力推定値を超え、前記判別式演算値の符号が負または０となり、かつ前記要求出力推定値の１階微分値が０でないと判断したとき、前記要求出力推定値の１階微分値の符号と前記要求出力推定値の符号との積の反対の符号を持つ調整量で前記負荷角度指令を調整し、
（ｂ）前記要求出力推定値が前記限界出力推定値を超え、前記判別式演算値の符号が負または０となり、かつ前記要求出力推定値の１階微分値が０となると判断したとき、前記負荷角度指令に微小角度を加えた変更負荷角度指令における前記要求出力推定値の１階微分値の符号と前記要求出力推定値の符号との積の反対の符号を持つ調整量で前記負荷角度指令を調整し、
（ｃ）前記要求出力推定値が前記限界出力推定値を超え、前記判別式演算値の符号が正となり、かつ前記要求出力推定値の１階微分値が０でないと判断したとき、前記負荷角度指令における前記要求出力推定値の１階微分値の符号と前記要求出力推定値の符号との積の反対の符号を持つ調整量で前記負荷角度指令を調整し、
（ｄ）前記要求出力推定値が前記限界出力推定値を超え、前記判別式演算値の符号が正となり、かつ前記要求出力推定値の１階微分値が０となると判断したとき、前記負荷角度指令の符号と反対の符号を持つ調整量で前記負荷角度指令を調整する、ことを特徴とする移動体制御装置。
【請求項８】
請求項２乃至７のうちいずれか１項記載の移動体制御装置であって、
前記調整指令演算手段により、前記指令入力手段からの負荷角度指令に基づいた前記要求出力推定値が前記限界出力推定値以内にあると判断されたとき、前記制御手段は、前記指令入力手段により入力された前記負荷角度指令に前記移動体の負荷角度が追従するように倒立制御を行う、ことを特徴とする移動体制御装置。
【請求項９】
請求項１乃至８のうちいずれか１項記載の移動体制御装置であって、
前記状態量検出手段は、前記移動体の状態量を状態検出値として検出する状態検出部と、該状態検出部により検出された前記状態検出値に基づいて、該状態検出値の推定値である状態推定値を推定する状態推定部と、を有する、ことを特徴とする移動体制御装置。
【請求項１０】
請求項２乃至９のうちいずれか１項記載の移動体制御装置であって、
前記要求出力推定値は、前記負荷角度指令に関して時変４次多項式である、ことを特徴とする移動体制御装置。
【請求項１１】
請求項１乃至１０のうちいずれか１項記載の移動体制御装置であって、
前記状態量検出手段は、前記移動体の負荷角度、負荷速度、負荷加速度、及び車輪角度のうち少なくとも１つを検出する、ことを特徴とする移動体制御装置。
【請求項１２】
請求項２乃至１１のうちいずれか１項記載の移動体制御装置であって、
前記調整指令演算手段からの指示に応じて、前記指令入力手段により入力された前記負荷角度指令及び前記調整指令演算手段により調整された調整負荷角度指令のうちいずれか一方を、前記制御手段に出力する指令調整手段を更に備え、
前記制御手段は、前記指令調整手段から出力された前記負荷角度指令及び調整負荷角度指令に前記移動体の負荷角度が追従するように、前記移動体のモータを制御する、ことを特徴とする移動体制御装置。
【請求項１３】
移動体の車輪を駆動するモータを制御して、前記移動体の倒立制御を行う移動体制御装置の制御方法であって、
前記移動体の状態量を検出する工程と、
前記検出された移動体の状態量に基づいて、該移動体を動作させる場合に必要となるモータ出力を示す要求出力推定値を推定する工程と、
前記検出された移動体の状態量に基づいて、モータ出力が飽和したときの限界出力を推定する工程と、
前記推定された要求出力推定値が前記推定された限界出力推定値を超えると判断したとき、前記要求出力推定値が前記限界出力推定値以内となるように指令値を調整する工程と、
前記調整された指令値に基づいて、前記移動体のモータを制御する工程と、を含む、ことを特徴とする移動体制御装置の制御方法。
【請求項１４】
移動体の車輪を駆動するモータを制御して、前記移動体の倒立制御を行う移動体制御装置の制御プログラムであって、
前記移動体の状態量を検出する処理と、
前記検出された移動体の状態量に基づいて、該移動体を動作させる場合に必要となるモータ出力を示す要求出力推定値を推定する処理と、
前記検出された移動体の状態量に基づいて、モータ出力が飽和したときの限界出力を推定する処理と、
前記推定された要求出力推定値が前記推定された限界出力推定値を超えると判断したとき、前記要求出力推定値が前記限界出力推定値以内となるように指令値を調整する処理と、
前記調整された指令値に基づいて、前記移動体のモータを制御する処理と、をコンピュータに実行させる、ことを特徴とする移動体制御装置の制御プログラム。
【請求項１５】
移動体の車輪を駆動するモータを制御して、前記移動体の倒立制御を行う移動体制御装置であって、
前記移動体の状態量を検出するセンサと、
前記センサにより検出された前記移動体の状態量に基づいて、該移動体を動作させる場合に必要となるモータ出力を示す要求出力推定値を推定する要求出力推定部と、
前記センサにより検出された前記移動体の状態量に基づいて、モータ出力が飽和したときの限界出力を推定する限界出力推定部と、
前記要求出力推定部により推定された前記要求出力推定値が前記限界出力推定部により推定された前記限界出力推定値を超えると判断したとき、前記要求出力推定値が前記限界出力推定値以内となるように指令値を調整する調整指令演算部と、
前記調整指令演算部により調整された前記指令値に基づいて、前記移動体のモータを制御する制御部と、を備える、ことを特徴とする移動体制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、倒立制御を行って走行する倒立型移動体を制御する移動体制御装置、その制御方法及び制御プログラムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
倒立状態を維持して走行する倒立型移動体を具現化する場合において、電気系の故障などに起因してモータ出力を十分に確保できないときでも安全に走行が継続できるようにすることは重要である。例えば、電気系の故障などにより倒立型移動体が急減速した場合に補助輪を接地させ転倒を防止する移動体制御装置が知られている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−２４７１３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記特許文献１に示す移動体制御装置においては、例えば、故障時などに起因してモータ出力が低下したときに、補助輪を接地させるため、走行を継続できない。一方で、そのような故障などに起因してモータ出力が十分に確保できない場合においても、補助輪を使用することなく利用可能なモータ出力で倒立制御を継続できる移動体制御装置が望まれている。【０００５】
本発明は、このような問題点を解決するためになされたものであり、移動体のモータ出力が十分に確保できない場合においても、利用可能なモータ出力で倒立制御を継続できる移動体制御装置、その制御方法及び制御プログラムを提供することを主たる目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するための本発明の一態様は、移動体の車輪を駆動するモータを制御して、前記移動体の倒立制御を行う移動体制御装置であって、前記移動体の状態量を検出する状態量検出手段と、前記状態量検出手段により検出された前記移動体の状態量に基づいて、該移動体を動作させる場合に必要となるモータ出力を示す要求出力推定値を推定する要求出力推定手段と、前記状態量検出手段により検出された前記移動体の状態量に基づいて、モータ出力が飽和したときの限界出力を推定する限界出力推定手段と、前記要求出力推定手段により推定された前記要求出力推定値が前記限界出力推定手段により推定された前記限界出力推定値を超えると判断したとき、前記要求出力推定値が前記限界出力推定値以内となるように指令値を調整する調整指令演算手段と、前記調整指令演算手段により調整された前記指令値に基づいて、前記移動体のモータを制御する制御手段と、を備える、ことを特徴とする移動体制御装置である。【０００７】
この一態様において、前記状態量検出手段は、前記移動体の傾斜を示す負荷角度を検出しており、前記移動体の走行指示を示す負荷角度指令が入力される指令入力手段を更に備え、前記制御手段は、前記状態量検出手段により検出された前記負荷角度が前記指令入力手段により入力された前記負荷角度指令に追従するように、前記移動体を制御してもよい。【０００８】
また、この一態様において、前記限界出力推定手段は、前記制御手段からの前記モータのトルク指令と前記状態量検出手段からの前記状態量とに基づいて、前記モータが消費している出力を演算し、該演算値が飽和したとき、該演算値を前記限界出力推定値として推定してもよい。【０００９】
さらに、この一態様において、前記要求出力推定手段は、前記状態量検出手段からの前記状態量に基づいて、前記指令入力手段により入力された前記負荷角度指令に従って前記移動体を動作させる場合に必要となる前記要求出力推定値を、前記負荷角度指令の多項式として算出してもよい。【００１０】
さらにまた、この一態様において、前記状態量検出手段からの前記状態量に基づいて、前記要求出力推定値の１階微分値を前記負荷角度指令の多項式として算出する要求出力１階微分推定手段と、前記状態量検出手段からの前記状態量に基づいて、前記要求出力推定値の１階微分値を判別するための判別式演算値を算出する判別式演算手段と、を更に備えていてもよい。【００１１】
さらにまた、この一態様において、前記調整指令演算手段は、前記指令入力手段からの前記負荷角度指令に基づいた前記要求出力推定値が前記限界出力推定値を超えると判断したとき、前記要求出力１階微分推定手段からの前記要求出力推定値の１階微分値の符号と、前記判別式演算手段からの前記判別式演算値と、に基づいて、前記要求出力推定値が前記限界出力推定値以内となるように前記負荷角度指令を調整した前記調整負荷角度指令を算出し、前記制御手段は、前記調整された前記調整負荷角度指令に前記移動体の負荷角度が追従するように倒立制御を行ってもよい。【００１２】
さらにまた、この一態様において、前記調整指令演算手段は、（ａ）前記要求出力推定値が前記限界出力推定値を超え、前記判別式演算値の符号が負または０となり、かつ前記要求出力推定値の１階微分値が０でないと判断したとき、前記要求出力推定値の１階微分値の符号と前記要求出力推定値の符号との積の反対の符号を持つ調整量で前記負荷角度指令を調整し、（ｂ）前記要求出力推定値が前記限界出力推定値を超え、前記判別式演算値の符号が負または０となり、かつ前記要求出力推定値の１階微分値が０となると判断したとき、前記負荷角度指令に微小角度を加えた変更負荷角度指令における前記要求出力推定値の１階微分値の符号と前記要求出力推定値の符号との積の反対の符号を持つ調整量で前記負荷角度指令を調整し、（ｃ）前記要求出力推定値が前記限界出力推定値を超え、前記判別式演算値の符号が正となり、かつ前記要求出力推定値の１階微分値が０でないと判断したとき、前記負荷角度指令における前記要求出力推定値の１階微分値の符号と前記要求出力推定値の符号との積の反対の符号を持つ調整量で前記負荷角度指令を調整し、（ｄ）前記要求出力推定値が前記限界出力推定値を超え、前記判別式演算値の符号が正となり、かつ前記要求出力推定値の１階微分値が０となると判断したとき、前記負荷角度指令の符号と反対の符号を持つ調整量で前記負荷角度指令を調整してもよい。【００１３】
さらにまた、この一態様において、前記調整指令演算手段により、前記指令入力手段からの負荷角度指令に基づいた前記要求出力推定値が前記限界出力推定値以内にあると判断されたとき、前記制御手段は、前記指令入力手段により入力された前記負荷角度指令に前記移動体の負荷角度が追従するように倒立制御を行ってもよい。【００１４】
なお、この一態様において、前記状態量検出手段は、前記移動体の状態量を状態検出値として検出する状態検出部と、該状態検出部により検出された前記状態検出値に基づいて、該状態検出値の推定値である状態推定値を推定する状態推定部と、を有していてもよい。【００１５】
また、この一態様において、前記要求出力推定値は、前記負荷角度指令に関して時変４次多項式であってもよい。【００１６】
さらに、この一態様において、前記状態量検出手段は、前記移動体の負荷角度、負荷速度、負荷加速度、及び車輪角度のうち少なくとも１つを検出してもよい。【００１７】
さらにまた、この一態様において、前記調整指令演算手段からの指示に応じて、前記指令入力手段により入力された前記負荷角度指令及び前記調整指令演算手段により調整された調整負荷角度指令のうちいずれか一方を、前記制御手段に出力する指令調整手段を更に備え、前記制御手段は、前記指令調整手段から出力された前記負荷角度指令及び調整負荷角度指令に前記移動体の負荷角度が追従するように、前記移動体のモータを制御してもよい。【００１８】
他方、上記目的を達成するための本発明の一態様は、移動体の車輪を駆動するモータを制御して、前記移動体の倒立制御を行う移動体制御装置の制御方法であって、前記移動体の状態量を検出する工程と、前記検出された移動体の状態量に基づいて、該移動体を動作させる場合に必要となるモータ出力を示す要求出力推定値を推定する工程と、前記検出された移動体の状態量に基づいて、モータ出力が飽和したときの限界出力を推定する工程と、前記推定された要求出力推定値が前記推定された限界出力推定値を超えると判断したとき、前記要求出力推定値が前記限界出力推定値以内となるように指令値を調整する工程と、前記調整された指令値に基づいて、前記移動体のモータを制御する工程と、を含む、ことを特徴とする移動体制御装置の制御方法であってもよい。
また、上記目的を達成するための本発明の一態様は、移動体の車輪を駆動するモータを制御して、前記移動体の倒立制御を行う移動体制御装置の制御プログラムであって、前記移動体の状態量を検出する処理と、前記検出された移動体の状態量に基づいて、該移動体を動作させる場合に必要となるモータ出力を示す要求出力推定値を推定する処理と、前記検出された移動体の状態量に基づいて、モータ出力が飽和したときの限界出力を推定する処理と、前記推定された要求出力推定値が前記推定された限界出力推定値を超えると判断したとき、前記要求出力推定値が前記限界出力推定値以内となるように指令値を調整する処理と、前記調整された指令値に基づいて、前記移動体のモータを制御する処理と、をコンピュータに実行させる、ことを特徴とする移動体制御装置の制御プログラムであってもよい。【００１９】
さらに、上記目的を達成するための本発明の一態様は、移動体の車輪を駆動するモータを制御して、前記移動体の倒立制御を行う移動体制御装置であって、前記移動体の状態量を検出するセンサと、前記センサにより検出された前記移動体の状態量に基づいて、該移動体を動作させる場合に必要となるモータ出力を示す要求出力推定値を推定する要求出力推定部と、前記センサにより検出された前記移動体の状態量に基づいて、モータ出力が飽和したときの限界出力を推定する限界出力推定部と、前記要求出力推定部により推定された前記要求出力推定値が前記限界出力推定部により推定された前記限界出力推定値を超えると判断したとき、前記要求出力推定値が前記限界出力推定値以内となるように指令値を調整する調整指令演算部と、前記調整指令演算部により調整された前記指令値に基づいて、前記移動体のモータを制御する制御部と、を備える、ことを特徴とする移動体制御装置であってもよい。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、移動体の利用可能なモータ出力で倒立制御を継続できる移動体制御装置、その制御方法及び制御プログラムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の一実施の形態に係る倒立型移動体の概略的な構成を示す斜視図である。
【図２】本発明の一実施の形態に係る移動体制御装置の概略的なシステム構成を示すブロック図である。
【図３】本発明の一実施の形態に係る倒立型移動体を模式的に示す側面図である。
【図４】本発明の一実施の形態に係る移動体制御装置の制御処理フローの一例を示すフローチャートである。
【図５】バッテリのセル故障時に限界出力以内で倒立制御を継続する効果を確かめるシミュレーション結果を示す図である。
【図６】バッテリのセル故障時に限界出力以内で倒立制御を継続する効果を確かめるシミュレーション結果を示す図である。
【図７】バッテリのセル故障時に限界出力以内で倒立制御を継続する効果を確かめるシミュレーション結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。本発明の一実施の形態に係る移動体制御装置は、例えば、倒立状態を維持する倒立制御を行いつつ所望の走行を行う倒立型移動体１００において、電気系の故障などにより使用可能なモータ出力が低下した場合に、その限界出力以内で走行を継続可能にするものである。
【００２３】
ここで、倒立型移動体１００は、例えば、図１に示すように、人や荷物などの負荷が搭載されるプラットホーム１０１と、プラットホーム１０１に回転可能に設けられ、一対のモータにより夫々駆動される一対の車輪１０２と、プラットホーム１０１に操作可能に立設されたハンドル１０３と、ハンドル１０３に接続され人等が把持するグリップ１０４と、を備える同軸二輪車として構成されているが、これに限らず、倒立状態を維持して走行する任意の移動体が適用可能である。
【００２４】
図２は、本発明の一実施の形態に係る移動体制御装置の概略的なシステム構成を示すブロック図である。本実施の形態に係る移動体制御装置２００は、指令入力器２０１と、指令調整器２０２と、制御器２０３と、状態検出器２０４と、状態推定器２０５と、限界出力推定器２０６と、要求出力推定器２０７と、要求出力１階微分推定器２０８と、判別式演算器２０９と、調整指令演算器２１０と、を備えている。
【００２５】
指令入力器２０１は、指令入力手段の一具体例であり、指令入力器２０１には、搭乗者による倒立型移動体１００の走行操作（例えば、倒立型移動体１００のプラットホーム１０１又はハンドル１０３を前方又は後方へ傾斜させる操作）に応じて入力される負荷角度θ１に応じた負荷角度指令θ１ｒが入力される。指令入力器２０１は、入力された負荷角度指令θ１ｒを指令調整器２０２及び調整指令演算器２１０に対して出力する。
【００２６】
指令調整器２０２は、指令調整手段の一具体例であり、調整指令演算器２１０から後述の第１指令信号を受けると、指令入力器２０１からの負荷角度指令θ１ｒを制御器２０３に対して出力し、また、調整指令演算器２１０から後述の第２指令信号を受けると、調整指令演算器２１０からの調整負荷角度指令θ１ｒ＋Δθ１ｒを制御器２０３に対して出力する。
【００２７】
制御器２０３は、制御手段の一具体例であり、指令調整器２０２からの負荷角度指令θ１ｒ又は調整負荷角度指令θ１ｒ＋Δθ１ｒに倒立型移動体１００の負荷角度θ１が追従するように、倒立型移動体１００の各車輪１０２を駆動するモータのフィードバック制御を行う。
【００２８】
状態検出器２０４は、状態検出部の一具体例であり、倒立型移動体１００に設けられた角度センサ、車輪速度センサ、加速度センサ、傾斜センサなどのセンサを用いて、倒立型移動体１００の負荷角度、負荷速度、負荷加速度、車輪速度などを検出し、状態検出値として状態推定器２０５に対して出力する。
【００２９】
状態推定器２０５は、状態推定部の一具体例であり、状態検出器２０４からの負荷角度、負荷速度、負荷加速度、車輪速度などの状態検出値に基づいて、各状態検出値の推定値である負荷角度推定値、負荷速度推定値、負荷加速度推定値、車輪速度推定値などの状態推定値を算出し、限界出力推定器２０６、要求出力推定器２０７、要求出力１階微分推定器２０８、及び判別式演算器２０９に対して夫々出力する。
【００３０】
限界出力推定器２０６は、限界出力推定手段の一具体例であり、制御器２０３からのモータのトルク指令と状態推定器２０５からの状態推定値とに基づいて、例えば、下記（９）式を用いてモータが消費している出力を演算し、その演算値が飽和したとき、その演算値を限界出力推定値Ｐｌｉｍとして、調整指令演算器２１０に対して出力する。
【００３１】
要求出力推定器２０７は、要求出力推定手段の一具体例であり、状態推定器２０５からの状態推定値に基づいて、指令入力器２０１により入力された負荷角度指令θ１ｒに従って倒立型移動体１００を動作させる場合に必要となる要求出力推定値ｐ（θ１ｒ）を、下記（１７）式を用いて負荷角度指令θ１ｒの多項式として算出し、調整指令演算器２１０に対して出力する。
【００３２】
要求出力１階微分推定器２０８は、要求出力１階微分推定手段の一具体例であり、状態推定器２０５からの状態推定値に基づいて、要求出力推定値の１階微分値（以下、要求出力１階微分推定値と称す）を、下記（２０）式を用いて負荷角度指令θ１ｒの多項式として算出し、調整指令演算器２１０に対して出力する。
【００３３】
判別式演算器２０９は、判別式演算手段の一具体例であり、状態推定器２０５からの状態推定値に基づいて、要求出力１階微分推定値を判別するための判別式演算値Δを、下記（２１）式を用いて算出し、調整指令演算器２１０に対して出力する。
【００３４】
調整指令演算器２１０は、調整指令演算手段の一具体例であり、指令入力器２０１からの負荷角度指令θ１ｒと、限界出力推定器２０６からの限界出力推定値Ｐｌｉｍと、要求出力推定器２０７からの要求出力推定値ｐ（θ１ｒ）と、に基づいて、指令入力器２０１からの負荷角度指令θ１ｒに基づいた要求出力推定値ｐ（θ１ｒ）が限界出力推定値Ｐｌｉｍ以内にあると判断したとき、その旨を示す第１指令信号を指令調整器２０２に対して出力する。
【００３５】
一方、調整指令演算器２１０は、指令入力器２０１からの負荷角度指令θ１ｒと、限界出力推定器２０６からの限界出力推定値Ｐｌｉｍと、要求出力推定器２０７からの要求出力推定値ｐ（θ１ｒ）と、に基づいて、指令入力器２０１からの負荷角度指令θ１ｒに基づいた要求出力推定値ｐ（θ１ｒ）が限界出力推定値Ｐｌｉｍを超えていると判断したとき、要求出力１階微分推定器２０８からの要求出力１微分推定値の符号と判別式演算器２０９からの判別式演算値Δとに基づいて、要求出力推定値が限界出力推定値Ｐｌｉｍ以内となるように負荷角度指令θ１ｒを調整した調整負荷角度指令θ１ｒ＋Δθ１ｒを算出し、算出した調整負荷角度指令θ１ｒ＋Δθ１ｒと、その旨を示す第２指令信号とを、指令調整器２０２に対して出力する。
【００３６】
なお、移動体制御装置２００は、例えば、制御処理、演算処理等と行うＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＣＰＵによって実行される制御プログラム、演算プログラム等が記憶されたＲＯＭ（Read Only Memory）、処理データ等を記憶するＲＡＭ（Random Access Memory）等からなるマイクロコンピュータを中心にして、ハードウェア構成されている。
【００３７】
次に、移動体制御装置２００におけるより具体的な処理の一例について、詳細に説明する。図３は、図１に示す倒立型移動体を模式的に示す側面図である。倒立型移動体１００は、例えば、図３に示す如く、同軸上に配置され、モータにより駆動される一対の車輪１０２に、負荷３０１が回転可能に連結されており、負荷３０１の倒立状態を維持しつつ所望の速度で走行するよう構成されている。
【００３８】
ここで、図３に示す倒立型移動体１００の運動方程式について、詳細に説明する。なお下記運動方程式（１）は、周知の解析力学の手法を用いて導出されている。まず、運動エネルギーＴおよびポテンシャルエネルギーＶは、それぞれ下記（１）式および（２）式により表現することができる。
【数１】
2011125119.tif 000003
【数２】
2011125119.tif 000004
【００３９】
また、上記（１）式と（２）式とを用いて、ラグランジアンＬ＝Ｔ−Ｖを算出し、オイラー・ラグランジュ方程式を用いることで、上記運動方程式は下記（３）式および（４）式として表現できる。
【数３】
2011125119.tif 000005
【００４０】
なお、上記（３）式において、Ｔｍはモータトルクを示している。
【数４】
2011125119.tif 000006
【００４１】
次に、倒立型移動体１００のアンプやバッテリの一部が故障したこと等により、モータ出力が低下した場合に、転倒することなく倒立状態を維持できるように、負荷角度指令θ１ｒを調整する方法について詳細に説明する。
【００４２】
まず、上記（３）式及び（４）式から車輪角度θ２を除去すると、下記（５）式が得られる。
【数５】
2011125119.tif 000007
【００４３】
なお、上記（５）式において、負荷角度は｜θ１｜＜＜π／２［ｒａｄ］の範囲で動作するものと仮定している。同様に上記（３）式と（４）式から負荷角度θ１を除去すると下記（６）式が得られる。
【数６】
2011125119.tif 000008
【００４４】
なお、上記（５）式と（６）式において、ｆ（・、・）、ｇ（・）、ｈ（・）、ｋ（・）は、それぞれ非線形関数である。また、上記（５）式をモータトルクＴｍについて解くと、下記（７）式が得られる。
【数７】
2011125119.tif 000009
【００４５】
さらに、上記（５）式及び（６）式を用いて、モータ角速度（車輪速度）は下記（８）式として表現することができる。
【数８】
2011125119.tif 000010
【００４６】
さらにまた、モータ出力Ｐ（θ１）は、上記（７）式と（８）式を用いて、下記（９）式により表現できる。
【数９】
2011125119.tif 000011
【００４７】
なお、上記（９）式において、ａ１、ｂ１、ａ２、及びｂ２は、負荷角度が｜θ１｜＜＜π／２［ｒａｄ］の範囲で、一定値に近似できるものとする。限界出力推定器２０６は、例えば、上記（９）式を用いて、モータが消費している出力を算出する。
次に、制御器２０３がある時間ｔ＝ｋ×Ｔ[ｓ]において負荷角度指令θ１ｒに負荷角度θ１を追従させる際に必要となるモータ出力の導出方法について説明する。ただし、Ｔは制御周期、ｋはある自然数とする。負荷速度と負荷加速度は、負荷角度推定値と負荷速度推定値を用いて、それぞれ下記（１０）式、及び（１１）式として近似できる。
【数１０】
2011125119.tif 000012
【数１１】
2011125119.tif 000013
【００４８】
なお、上記（１０）式および（１１）式において、符号の後の括弧は、時間のステップを示している。例えば、θ１ｒ（ｋ）はｔ＝ｋ×Ｔ[ｓ]におけるθ１ｒの値を表している。上記（１０）式、及び（１１）式における負荷角度推定値と負荷速度推定値を演算する方法を以下に示す。
【００４９】
状態推定器２０５は、例えば、状態検出値である負荷角度θ１に基づいて、下記（１２）式を用いてその状態推定値である負荷角度推定値を算出することができる。
【数１２】
2011125119.tif 000014
【００５０】
また、上記（５）式と（１２）式との差をとることにより、負荷角度推定誤差方程式は下記（１３）式として求められる。
【数１３】
2011125119.tif 000015
【００５１】
次に、上記（１３）式において、負荷角度推定誤差を０に収束させるための第１推定器ゲインＬ１の設定方法について説明する。まず、下記（１４）式に示すリアプノフ関数候補Ｖ１を導入する。
【数１４】
2011125119.tif 000016
【００５２】
上記（１４）式における１階時間微分は、下記（１５）式として表される。
【数１５】
2011125119.tif 000017
【００５３】
上記（１５）式の右辺が∀ｓ１≠０となるときに、負となる第１推定器ゲインＬ１は下記（１６）式として表される。
【数１６】
2011125119.tif 000018
【００５４】
また、負荷状態推定器ゲインＬ１を上記（１６）式のように設定すると、負荷角度推定誤差は０に収束し、負荷角度推定値は負荷角度θ１に収束する。これにより、ノイズをほとんど含まない負荷速度を直接得ることができる。
【００５５】
上述のようにして得られた負荷角度推定値、及び負荷速度推定値と、上記（９）式、（１０）式、及び（１１）式と、を用いて、負荷角度指令θ１ｒに負荷角度θ１が追従するように制御した場合に、消費するモータ出力は、下記（１７）式により求めることができる。
【００５６】
要求出力推定器２０７は、例えば、状態推定値である負荷角度推定値と負荷速度推定値とに基づいて、負荷角度指令θ１ｒに従って動作させる場合に必要となる要求出力推定値ｐ（θ１ｒ）を、下記（１７）式に示す負荷角度指令θ１ｒの多項式として算出する。
【数１７】
2011125119.tif 000019
【００５７】
上記（１７）式において、下記（１８）式に示す各係数が用いられている。要求出力推定器２０７は、上記（１７）式により算出した要求出力推定値ｐ（θ１ｒ）を、調整指令演算器２１０に対して出力する。
【数１８】
2011125119.tif 000020
【００５８】
なお、上記（１８）式において、α１×β３の符号は常に正となるため、上記（１７）式は、負荷角度指令θ１ｒに関する上方に開いた４次関数となることが分かる。すなわち、要求出力推定値ｐ（θ１ｒ）は、負荷角度指令θ１ｒに関して時変４次多項式となっている。
【００５９】
アンプ、バッテリ、またはモータ巻き線の一部の故障等により使用できるモータ出力がＰｌｉｍ[Ｗ]まで低下した場合、倒立型移動体１００の倒立状態を維持できる負荷角度指令θ１ｒの条件は、下記（１９）式で表すことができる。
【数１９】
2011125119.tif 000021
【００６０】
ここで、限界出力推定器２０６は、例えば、制御器２０３から出力されるトルク指令と、状態推定値である負荷速度と、に基づいて上記（９）式を用いてモータが消費している出力を演算し、その演算値が飽和したら、その値を限界出力推定値Ｐｌｉｍとして調整指令演算器２１０に対して出力する。
【００６１】
また、上記（５）式、（１７）式、及び（１８）式より、モータの消費する出力ｐ（θ１ｒ）は４次多項式となり、その最高次の係数α１β３は正数となる。このため、モータの消費する要求出力推定値ｐ（θ１ｒ）は第１象限から第２象限に伸びた曲線となる。さらに、極点の数は、下記（２０）式の実数解の数により分類できる。
【数２０】
2011125119.tif 000022
【００６２】
要求出力１階微分推定器２０８は、例えば、状態推定器２０５からの状態推定値に基づいて、要求出力１階微分推定値を上記（２０）式に示す負荷角度指令θ１ｒの多項式として算出する。要求出力１階微分推定器２０８は、算出した要求出力１階微分推定値を、調整指令演算器２１０に対して出力する。
【００６３】
また、上記（２０）式の実数解の数は、下記（２１）式の判別式の符号を用いて判別することができる。
【数２１】
2011125119.tif 000023
【００６４】
判別式演算器２０９は、例えば、状態推定器２０５からの状態推定値に基づいて、要求出力１階微分推定値を判別するための判別式演算値Δを、上記（２１）式を用いて算出することができる。判別式演算器２０９は、算出した判別式演算値Δを調整指令演算器２１０に対して出力する。
【００６５】
調整指令演算器２１０は、要求出力推定器２０７からの要求出力推定値ｐ（θ１ｒ）が上記（１９）式に基づいて限界出力推定値Ｐｌｉｍ以内にあると判断した場合、その旨を示す第１指令信号を指令調整器２０２に対して出力する。
【００６６】
一方、調整指令演算器２１０は、要求出力推定器２０７からの要求出力推定値ｐ（θ１ｒ）が上記（１９）式に基づいて限界出力推定値Ｐｌｉｍを超えていると判断した場合、判別式演算器２０９からの判別式演算値Δに基づく下記場合分け（場合１、場合２、場合３）と、要求出力１階微分推定値の符号に基づく下記（２２）式及び（２３）式と、に基づいて、要求出力推定値ｐ（θ１ｒ）が限界出力推定値Ｐｌｉｍ以内となるように負荷角度指令θ１ｒを調整した調整負荷角度指令θ１ｒ＋Δθ１ｒを算出し、算出した調整負荷角度指令θ１ｒ＋Δθ１ｒとその旨を示す第２指令信号とを、指令調整器２０２に対して出力する。
【００６７】
ここで、モータが消費する出力を示す要求出力推定値ｐ（θ１ｒ）の極点の数は、上記（２１）の判別式演算値Δを用いて下記の（場合１）、（場合２）、及び（場合３）に場合分けできる。
（場合１）
Δ＜０のとき、ｐ（θ１ｒ）は極小点を１つ有する。
（場合２）
Δ＝０のとき、ｐ（θ１ｒ）は極小点を１つ有し、かつ定常点を１つ有する。
（場合３）
Δ＞０のとき、ｐ（θ１ｒ）は極小点を２つ有し、かつ極大点を１つ有する。
【００６８】
例えば、調整指令演算器２１０は、上記（場合１）または（場合２）に該当すると判断したとき、下記（２２）式を用いて負荷角度指令θ１ｒを調整負荷角度指令θ１ｒ＋Δθ１ｒに調整することで、その時点で使用可能な限界出力推定値Ｐｌｉｍ以内で倒立型移動体１００の倒立制御を維持できるようにする。
【００６９】
より具体的には、調整指令演算器２１０は、（ａ）要求出力推定値ｐ（θ１ｒ）が限界出力推定値Ｐｌｉｍを超え、判別式演算値の符号が負（場合１）又は０（場合２）となり、かつ要求出力１階微分推定値≠０となると判断した場合、下記（２２）式を用いて指令入力器２０１により入力された負荷角度指令θ１ｒにおける要求出力１階微分推定値の符号と要求出力推定値の符号との積の反対の符号を持つ負荷角度指令調整量（調整量）Δθ１ｒを用いて負荷角度指令θ１ｒを調整し、調整負荷角度指令θ１ｒ＋Δθ１ｒを算出する。
【００７０】
また、調整指令演算器２１０は、（ｂ）要求出力推定値ｐ（θ１ｒ）が限界出力推定値Ｐｌｉｍを超え、判別式演算値の符号が負（場合１）又は０（場合２）となり、かつ要求出力１階微分推定値＝０になると判断した場合、下記（２２）式を用いて、負荷角度指令θ１ｒに微小角度δを加算した変更負荷角度指令（θ１ｒ＋δ）における要求出力１階微分推定値の符号と要求出力推定値の符号との積の反対の符号を持つ負荷角度指令調整量Δθ１ｒを用いて負荷角度指令θ１ｒを調整し、調整負荷角度指令θ１ｒ＋Δθ１ｒを算出する。
【数２２】
2011125119.tif 000024
【００７１】
ここで、上記（２２）式に用いたδは、微小な角度（例えば、１×１０−７[ｒａｄ]）である。また、上記（２２）式及び下記（２３）式に用いた負荷角度指令調整量Δθ１ｒの大きさは、負荷角度θ１の可動範囲に対して適切に小さい値（例えば、十分に安全性を考慮して実験的に求められた値、π／４０［ｒａｄ］程度）に設定する。
【００７２】
調整指令演算器２１０は、上記（場合３）に該当すると判断したとき、下記（２３）式を用いて、負荷角度指令θ１ｒを調整負荷角度指令θ１ｒ＋Δθ１ｒに調整し、その時点で使用可能な限界出力推定値Ｐｌｉｍ以内で倒立型移動体１００の倒立制御を維持できるようにする。
【００７３】
より具体的には、調整指令演算器２１０は、（ｃ）要求出力推定値ｐ（θ１ｒ）が限界出力推定値Ｐｌｉｍを超え、判別式演算値の符号が正（場合３）となり、かつ要求出力１階微分推定値≠０となると判断した場合、下記（２３）式を用いて、指令入力器２０１により入力された負荷角度指令θ１ｒにおける要求出力１階微分推定値の符号と要求出力推定値の符号との積の反対の符号を持つ負荷角度指令調整量Δθ１ｒを用いて負荷角度指令θ１ｒを調整し、調整負荷角度指令θ１ｒ＋Δθ１ｒを算出する。
【００７４】
また、調整指令演算器２１０は、（ｄ）要求出力推定値ｐ（θ１ｒ）が限界出力推定値Ｐｌｉｍを超え、判別式演算値の符号が正（場合３）となり、かつ要求出力１階微分推定値＝０となると判断した場合、下記（２３）式を用いて、指令入力器２０１からの負荷角度指令θ１ｒの符号と反対の符号を持つ負荷角度指令調整量Δθ１ｒを用いて負荷角度指令θ１ｒを調整し、調整負荷角度指令θ１ｒ＋Δθ１ｒを算出する。
【数２３】
2011125119.tif 000025
【００７５】
このように、倒立型移動体１００の走行中に、バッテリ、アンプまたはモータ巻き線の一部故障等により使用できるモータ出力が低下し、負荷角度θ１を負荷角度指令θ１ｒに追従させる倒立制御が不能となった場合、上記（２２）式及び（２３）式を用いて使用可能なモータ出力内で倒立状態を維持できるような調整負荷角度指令θ１ｒ＋Δθ１ｒに、負荷角度指令θ１ｒを調整することで、倒立制御を維持し、転倒などを回避することができる。
【００７６】
次に、制御器２０３が、倒立型移動体１００の負荷角度を指令調整器２０２からの負荷角度指令又は調整負荷角度指令に追従させたフィードバック制御を行う場合の一例について説明する。ここで、制御器２０３が、下記（２４）式に示すモータトルクＴｍを用いて、上記（５）式の負荷角度θ１を負荷角度指令θ１ｒに追従させる場合を想定する。
【数２４】
2011125119.tif 000026
【００７７】
なお、上記（２４）式において、各記号は以下のように設定されている。
Ｍ：制御振幅
ｓ：中間変数
ｃ：負荷角度θ１が負荷角度指令θ１ｒに収束する速さ
【００７８】
ここで、制御器２０３は、上記（２４）式のモータトルクＴｍにより、負荷角度θ１を負荷角度指令θ１ｒに収束させるための制御振幅Ｍの十分条件を導出する。負荷角度θ１を負荷角度指令θ１ｒに収束させるためには、中間変数ｓを０に収束させればよいので、下記（２５）式をリアプノフ関数の候補として用いる。
【数２５】
2011125119.tif 000027
【００７９】
また、全てのｓ≠０において、Ｖ＞０となっている。Ｖの１階時間微分が、全てのｓ≠０において負となれば中間変数ｓは０に収束することとなる。すなわち、下記（２６）式が成立すれば、負荷角度θ１を負荷角度指令θ１ｒに収束させることができる。
【数２６】
2011125119.tif 000028
【００８０】
さらに、上記（２６）式における十分条件は、下記（２７）式となる。
【数２７】
2011125119.tif 000029
【００８１】
例えば、制御振幅Ｍを上記（２７）式のように設定すると上記（２６）式が成立し、中間変数ｓは０に収束する。ｓが０に収束すると、上記（２４）式により負荷角度θ１は負荷角度指令θ１ｒにｃの速さで収束する。このように、バッテリ、アンプまたはモータ巻き線などの電気系の故障時等に起因してモータ出力が十分に確保できない場合でも、使用可能なモータ出力範囲内で倒立型移動体１００の負荷角度θ１を制御することができる。
【００８２】
次に、電気系の故障等によりモータ出力が十分に確保できない場合においても、利用可能な限界出力以内で倒立制御を継続するための制御方法について、詳細に説明する。図４は、本実施の形態に係る移動体制御装置の制御処理フローの一例を示すフローチャートである。
【００８３】
まず、指令入力器２０１には、搭乗者が倒立型移動体１００の操作に応じた、負荷角度θ１の指令値である負荷角度指令θ１ｒが入力される（ステップＳ４０１）。
【００８４】
次に、限界出力推定器２０６は、制御器２０３からのモータのトルク指令と状態推定器２０５からの状態推定値とに基づいて、モータが消費している出力を演算し、その演算値が飽和したとき、その演算値を限界出力推定値Ｐｌｉｍとして算出し（ステップＳ４０２）、調整指令演算器２１０に対して出力する。
【００８５】
その後、要求出力推定器２０７は、状態推定器２０５からの状態推定値に基づいて、指令入力器２０１により入力された負荷角度指令θ１ｒに従って倒立型移動体１００を動作させる場合に必要となる要求出力推定値ｐ（θ１ｒ）を、上記（１７）式を用いて算出し（ステップＳ４０３）、調整指令演算器２１０に対して出力する。
【００８６】
そして、要求出力１階微分推定器２０８は、状態推定器２０５からの状態推定値に基づいて、要求出力１階微分推定値を、上記（２０）式を用いて算出し（ステップＳ４０４）、調整指令演算器２１０に対して出力する。
【００８７】
また、判別式演算器２０９は、状態推定器２０５からの状態推定値に基づいて、要求出力１階微分推定値を判別するための判別式演算値Δを、上記（２１）式を用いて算出し（ステップＳ４０５）、調整指令演算器２１０に対して出力する。
【００８８】
さらに、調整指令演算器２１０は、指令入力器２０１からの負荷角度指令と、限界出力推定器２０６からの限界出力推定値Ｐｌｉｍと、要求出力推定器２０７からの要求出力推定値ｐ（θ１ｒ）と、に基づいて、指令入力器２０１からの負荷角度指令θ１ｒに基づいた要求出力推定値ｐ（θ１ｒ）が限界出力推定値Ｐｌｉｍ以内にあるか否かを、上記（１９）式を用いて判断する（ステップＳ４０６）。
【００８９】
調整指令演算器２１０は、指令入力器２０１からの負荷角度指令θ１ｒに基づいた要求出力推定値ｐ（θ１ｒ）が限界出力推定値Ｐｌｉｍ以内にあると判断したとき（ステップＳ４０６のＹＥＳ）、その旨を示す第１指令信号を指令調整器２０２に対して出力する。指令調整器２０２は、調整指令演算器２１０から第１指令信号を受けると指令入力器２０１からの負荷角度指令θ１ｒを制御器２０３に対して出力する。制御器２０３は、指令調整器２０２からの負荷角度指令θ１ｒに倒立型移動体１００の負荷角度θ１が追従するように、フィードバック制御を行う（ステップＳ４０７）。
【００９０】
一方、調整指令演算器２１０は、指令入力器２０１からの負荷角度指令θ１ｒに基づいた要求出力推定値ｐ（θ１ｒ）が限界出力推定値Ｐｌｉｍを超えると判断したとき（ステップＳ４０６のＮＯ）、要求出力１階微分推定器２０８からの要求出力１微分推定値の符号と判別式演算器２０９からの判別式演算値Δとに基づいて、要求出力推定値ｐ（θ１ｒ）が限界出力推定値Ｐｌｉｍ以内となるように負荷角度指令θ１ｒを調整した調整負荷角度指令θ１ｒ＋Δθ１ｒを、上記（２２）式及び（２３）式を用いて算出し、算出した調整負荷角度指令θ１ｒ＋Δθ１ｒとその旨を示す第２指令信号とを、指令調整器２０２に対して出力する。
【００９１】
指令調整器２０２は、調整指令演算器２１０から第２指令信号を受けると、調整指令演算器２１０からの調整負荷角度指令θ１ｒ＋Δθ１ｒを、制御器２０３に対して出力する。制御器２０３は、指令調整器２０２からの調整負荷角度指令θ１ｒ＋Δθ１ｒに倒立型移動体１００の負荷角度θ１が追従するように、フィードバック制御を行う（ステップＳ４０８）。
【００９２】
次に、電気系の故障等によりモータ出力が十分に確保できない場合においても、利用可能な限界出力以内で倒立制御を継続することによる効果を確かめるシミュレーションについて説明する。なお、本シミュレーションにおいて、各パラメータには、例えば、以下に示す数値が設定されている。
ｍ１＝７０[ｋｇ]
Ｊ１＝２５．２[ｋｇ・ｍ２]
ｍ２＝１５[ｋｇ]
Ｊ２＝０．０７５[ｋｇ・ｍ２]
ｌ＝０．９[ｍ]
ｒ＝０．１[ｍ]
ｇ＝９．８[ｍ／ｓ２]
ｃ＝５００［ｒａｄ／ｓ］
ｃ１＝５００［ｒａｄ／ｓ］
Ｔ＝１×１０−３[ｓ]
【００９３】
また、本シミュレーションにおいて、例えば、バッテリのセルの一部が走行中に故障し、倒立型移動体１００の動作可能な限界出力が１０００[Ｗ]から２００[Ｗ]に低下した場合を想定している。この場合、本実施の形態に係る移動体制御装置２００は、指令入力器２０１により入力された負荷角度指令θ１ｒに従って倒立型移動体１００を動作させる場合に必要となる要求出力推定値ｐ（θ１ｒ）を算出し、この要求出力推定値ｐ（θ１ｒ）が限界出力推定値Ｐｌｉｍを超える場合に、負荷角度指令θ１ｒを調整し限界出力推定値Ｐｌｉｍ以内で倒立制御を継続できるようにする。
【００９４】
図５に示すように、指令入力器２０１より入力された負荷角度指令θ１ｒ（破線）と、調整指令演算器２１０により調整された調整負荷角度指令θ１ｒ＋Δθ１ｒ（実線）と、状態検出器２０４により負荷角度θ１（一点鎖線）と、は略一致することが分かる。すなわち、本実施の形態に係る移動体制御装置２００によれば、負荷角度指令調整量Δθ１ｒが１×１０−５[ｒａｄ]であるため、調整負荷角度指令θ１ｒ＋Δθ１ｒは、調整前の負荷角度指令θ１ｒと略一致しており、負荷角度θ１は調整負荷角度指令θ１ｒ＋Δθ１ｒに良好に追従していることが分かる。
【００９５】
図６は、移動体制御装置２００の制御開始から３．５[ｓ]経過した時において、上記（１７）式の要求出力推定値ｐ（θ１ｒ）の変化を表したものである（太実線）。なお、図６において、破線は、限界出力推定値±２００[Ｗ]を示しており、細実線は、実際に指令入力器２０１より入力された負荷角度指令θ１ｒを示している。
【００９６】
図６に示す如く、指令入力器２０１より入力された負荷角度指令θ１ｒをそのまま用いた場合、要求出力推定値ｐ（θ１ｒ）がＡ点で示す値を取るため、限界出力推定値Ｐｌｉｍを超えており、モータ出力が足りずに倒立制御が不能となることが分かる。一方で、調整指令演算器２１０が上記（２２）式及び（２３）式を用いて、Ｂ点で示す調整負荷角度指令θ１ｒ＋Δθ１ｒへ調整することにより、要求出力推定値ｐ（θ１ｒ＋Δθ１ｒ）は、限界出力推定値Ｐｌｉｍを超えないため、倒立型移動体１００は倒立制御を継続できることが分かる。
【００９７】
図７は、指令入力器２０１より入力した負荷角度指令θ１ｒを用いた場合に必要となる要求出力推定値ｐ（θ１ｒ）（破線Ｉ）と、本発明の調整負荷角度指令θ１ｒ＋Δθ１ｒを用いた場合に必要となる要求出力推定値ｐ（θ１ｒ＋Δθ１ｒ）（実線ＩＩ）と示している。図７に示す如く、移動体制御装置２００の制御開始から略３．５[ｓ]経過した時において、例えば、バッテリのセル故障等が発生し、モータ出力が十分に確保できない場合でも、本実施の形態において、調整指令演算器２１０が負荷角度指令θ１ｒを調整負荷角度指令θ１ｒ＋Δθ１ｒに調整することにより、実線ＩＩに示す如く、要求出力推定値を限界出力推定値Ｐｌｉｍ、例えば、使用可能な２００[Ｗ]の出力以内に抑えて、倒立制御を継続できることが分かる。
【００９８】
なお、上記実施の形態において、バッテリのセル故障によるモータ出力低下時に限界出力推定値以内で倒立制御を継続できる場合について説明したが、モータの多重巻き線の一部が断線してモータ出力が低下した場合や、多重系回路を備えたサーボアンプの一部の故障により出力が低下した場合などの電気系の故障だけでなく、任意の原因でモータ出力が低下した場合にも適用可能である。
【００９９】
以上、本実施の形態に係る移動体制御装置２００によれば、要求出力推定値ｐ（θ１ｒ）が限界出力推定値Ｐｌｉｍを超えると判断されたとき、要求出力推定値ｐ（θ１ｒ）が限界出力推定値Ｐｌｉｍ以内となるように負荷角度指令θ１ｒを調整した調整負荷角度指令θ１ｒ＋Δθ１ｒを算出し、この調整負荷角度指令θ１ｒ＋Δθ１ｒに倒立型移動体１００の負荷角度θ１が追従させる倒立制御を行う。これにより、倒立型移動体１００のモータ出力が十分に確保できない場合においても、利用可能なモータ出力で倒立制御を継続することができる。
【０１００】
また、本発明は上記実施形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。
【０１０１】
上記実施形態では、本発明をハードウェアの構成として説明したが、本発明は、これに限定されるものではない。本発明は、図４に示す処理を、ＣＰＵにコンピュータプログラムを実行させることにより実現することも可能である。
【０１０２】
プログラムは、様々なタイプの非一時的なコンピュータ可読媒体（non-transitory computer readable medium）を用いて格納され、コンピュータに供給することができる。非一時的なコンピュータ可読媒体は、様々なタイプの実体のある記録媒体（tangible storage medium）を含む。非一時的なコンピュータ可読媒体の例は、磁気記録媒体（例えばフレキシブルディスク、磁気テープ、ハードディスクドライブ）、光磁気記録媒体（例えば光磁気ディスク）、ＣＤ−ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＣＤ−Ｒ、ＣＤ−Ｒ／Ｗ、半導体メモリ（例えば、マスクＲＯＭ、ＰＲＯＭ（Programmable ROM）、ＥＰＲＯＭ（Erasable PROM）、フラッシュＲＯＭ、ＲＡＭ（random access memory）を含む。また、プログラムは、様々なタイプの一時的なコンピュータ可読媒体（transitory computer readable medium）によってコンピュータに供給されてもよい。一時的なコンピュータ可読媒体の例は、電気信号、光信号、及び電磁波を含む。一時的なコンピュータ可読媒体は、電線及び光ファイバ等の有線通信路、又は無線通信路を介して、プログラムをコンピュータに供給できる。
【０１０３】
本明細書または図面に説明した技術要素は、単独あるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
【産業上の利用可能性】
【０１０４】
本発明は、例えば、倒立状態を維持して走行する倒立型移動体を制御する移動体制御装置に利用可能である。
【符号の説明】
【０１０５】
１００    倒立型移動体
１０１    プラットホーム
１０２    車輪
１０３    ハンドル
１０４    グリップ
２００    移動体制御装置
２０１    指令入力器
２０２    指令調整器
２０３    制御器
２０４    状態検出器
２０５    状態推定器
２０６    限界出力推定器
２０７    要求出力推定器
２０８    要求出力１階微分推定器
２０９    判別式演算器
２１０    調整指令演算器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【国際調査報告】
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